En Atomic Force Microscope-bild av en 100 nm nanopore i kisel. Grönt är molekylen av intresse i provet som kommer att köras genom nanoporen i labbet.
(Phys.org) -- Ett multidisciplinärt team från University of Texas i Arlington har fått en $360, 000 anslag från National Science Foundation för att bygga konstgjorda nanoporer gjorda av kisel som kan upptäcka "dåliga molekyler" som en mycket tidig indikation på cancer och andra sjukdomar.
Samir Iqbal, en biträdande professor i elektroteknik som fokuserar på nanoteknik, leder projektet. Han arbetar med Purnendu "Sandy" Dasgupta, Jenkins Garrett professor i kemi och biokemi, och Richard Timmons, en framstående professor i kemi.
Nanoporer är små öppningar ca 1, 000 gånger mindre än en mänsklig por på huden eller ett människohår, tillverkad i mycket tunna silikonchips. Kiselchipsen är samma material i datorprocessorer och minnen.
Iqbals team kommer att köra prover från mänskligt blod genom dessa artificiellt skapade nanoporer i ett kiselchip och registrera hur sammansättningen kan förändras som en funktion av sjukdom.
Forskare kommer att mäta reaktionen mellan joner av blod och nanoporer och jämföra data med andra icke-reaktiva nanoporer, som kommer att bestämma onormala nivåer av särskilda kemikalier som indikerar om en sjukdom är närvarande på molekylär nivå.
"Vi känner till många varianter av vissa kemikalier som enantiomerer, eller de onormala mängderna av vissa kemikalier som kolesterol. Dessa kemikalier talar om för oss om någon är utsatt för vissa sjukdomar, sa Iqbal. "Nu kommer vi att kunna upptäcka dessa varianter i extremt små mängder och i ett portabelt systemformat. Vi kommer att kunna upptäcka till och med några hundra kopior av dåliga molekyler för att identifiera risker för sjukdomar som cancer. Det är väldigt, mycket tidig upptäckt."
En Atomic Force Microscope-bild av en 100 nm nanopore till höger. Skissen visar molekyler i ett prov som passerar genom en konstruerad nanopor.
Enantiomerer är spegelbildade optiska isomerer eller föreningar med samma molekylformel men olika strukturella former som ett par mänskliga händer. De är spegelbilder av varandra men kan inte läggas på varandra.
Ett annat exempel är talidomid, ett läkemedel som introducerades i slutet av 1950-talet för att behandla morgonillamående hos gravida kvinnor. En enantiomer av läkemedlet visade sig vara ett bra lugnande medel mot illamående på morgonen. Spegelbilden av den enantiomeren, finns i läkemedelsformuleringen, dock, orsakade fosterskador, leder till att drogen dras från marknaden.
Genom den nya forskningen, Iqbal och hans kollegor skulle kunna bestämma liknande skillnader på molekylär nivå, innan de dåliga varianterna av nya molekyler orsakar förödande effekter.
Med hjälp av nanoporerna, forskare kommer att kunna identifiera hur cancer ser ut på molekylär nivå. Det är där expertisen hos de två UT Arlington-kemisterna ligger, sa Iqbal.
Timmons har expertis på att sätta in kemikalier i nanoporerna. Dasguptas expertis är att detektera kemikalier i spårmängder.
"Det är spännande att vi kan ha en liten brett användbar plattform som kommer att vara användbar inom en mängd olika områden, sa Dasgupta.
Teammedlemmar sa att det också finns crossover-applikationer för tekniken. Till exempel, detektering av nanoporeteknologi skulle kunna användas för att mäta luft- eller vattenkvalitet.
"Återigen, ju tidigare vi vet om en vatten- eller luftkälla är förorenad, desto bättre kommer människorna som bor där att ha det, sa Iqbal.
Carolyn Cason, UT Arlingtons tillfälliga vicepresident för forskning, sa att sådan samarbetsforskning främjar universitetets uppdrag.
"Det säger till alla här att vi kan använda resurser som är tillgängliga för oss för att lösa verkliga hälsoproblem, sa Cason. "Denna forskning har hälsorelaterade konsekvenser som kan kännas i hela branschen."
